哌虫啶在土壤中的环境行为及其对土壤微生物多样性和土壤酶活的影响研究

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1、学号：12112101常州大学硕士学位论文哌虫啶在土壤中的环境行为及其对土壤微生物多样性和土壤酶活的影响研究研究生张文杰指导教师蔡志强、赵希岳学科、专业名称生物化工研究方向应用微生物2015年04BehaviorandDegradationofIPPinSoilsandtheEffectofIPPontheSoilMicrobialDiversityandEnzymeActivityADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByZhangWen-Jie(BiologicalChemicalEngineering)Diss

2、ertationSupervisor:Prof.CaiZhi-qiangandProf.ZhaoXi-yueApr，2015中文摘要哌虫啶（IPP）是具有我国自主知识产权的一种新型高效手性杀虫剂。本研究以IPP为研究对象，对其在4种不同性质的土壤中的行为、降解中间产物鉴定及其代谢途径、IPP四个异构体的降解特性、IPP对土壤微生物多样性、微生物数量和土壤酶活性的影响等内容进行了系统的研究，旨在阐明IPP在土壤中的环境行为，为IPP科学、安全合理的使用提供技术支持和理论依据。主要研究结果如下：1.在淡涂泥田、黄壤土、黄泥田、黄石土4种土壤中接种IPP降解菌Sphin

3、gobacteriumsp.P1-3，降解菌对IPP对映体RS-IPP、SR-IPP降解效果较好，对映体RR-IPP、SS-IPP的降解效果不明显。培养100天，RS-IPP、SR-IPP在4种加降解菌P1-3土壤中的降解率分别达到67.27%、67.28%（淡涂泥田）；71.25%、71.26%（黄壤土）；55.62%、55.66%（黄泥田）；46.52%、46.53%（黄石土）。菌株P1-3在4种灭菌土壤中对IPP的4个异构体降解效果不明显。结果表明在实验土壤中，菌株P1-3与多种微生物联合作用下对IPP的降解效果优于单一降解菌。2.通过研究IPP的4个异构体

4、在4种土壤中的降解得出：在同一条件下IPP互为手性的一对异构体降解情况相似，且RS-IPP、SR-IPP比RR-IPP、SS-IPP更容易降解。IPP在不同土壤中的降解差异可能与土壤的理化性质有关，如土壤有机质含量、酸碱度以及阳离子交换量等。IPP在淡涂泥田和黄壤土中降解率较高，在黄泥田和黄石土中降解率较低，培养100天后，RS-IPP、SR-IPP在4种土壤中的降解率分别达到61.44%、61.56%（淡涂泥田），70.09%、70.08%（黄壤土），43.05%、43.07%（黄泥田），37.52%、37.49%（黄石土）。3.对IPP在土壤中的中间代谢产物进

5、行HPLC检测并进行LC-MS/MS分析，根据分析结果对IPP的中间代谢产物进行推断。由产物一级和二级质谱图，确定三种中间产物分别为：1-((6-氯吡啶-3-基)甲基)-7-甲基-8-硝基-1,2,3,5,6,7-六氢咪唑并[1,2-a]吡啶-5-羟基（C）、1-((6-氯吡啶-3-基)甲基)-8-硝基-八氢咪唑并[1,2-a]吡啶-5-羟基(D)、8-氨基-1-(6-氯吡啶-3-基)-八氢咪唑并[1,2-a]吡啶-5,7-二羟基(E)。推断哌虫啶在土壤中的降解途径可能为：IPP丙氧基水解成羟基，形成C，C经亚硝基化和去甲基生成中间产物D，D经过氨基化和羟基化反应

6、形成E，C也可以直接氨基化和I加羟基后生成E。4.IPP对土壤酶活有一定的影响。其中，IPP对土壤过氧化氢酶和蛋白酶的影响较小，对土壤脲酶的影响最大。在淡涂泥田和黄泥田中脱氢酶活性受到一定影响，在黄壤土和黄石土中脱氢酶酶活较小，未检测到。在培养的100天内，IPP对土壤中微生物的数量产生一定的影响。微生物数量所受影响大小顺序为：黄壤土>淡涂泥田>黄石土>黄泥田。5.采用454焦磷酸测序技术研究IPP对土壤微生物多样性的影响。结果表明，添加IPP初期土壤细菌和真菌群落结构变化显著，随着培养时间的延长，细菌菌群恢复正常，真菌菌群受到影响较大且在整个培养过程中差异持续存

7、在。培养初期，淡涂泥田、黄泥田、黄石土中Bacteroidetes丰度与对照组差异显著；黄壤土、黄泥田中Firmicutes丰度与对照组差异显著，随着培养时间的延长，各组细菌菌群逐渐恢复正常。淡涂泥田中真菌群落组成丰度受到的影响较小，黄壤土、黄泥田、黄石土3种土壤真菌群落组成丰度受到的影响较大，与对照组相比3种土壤中Fungi-unclassified丰度变化显著。关键词:手性农药;哌虫啶;生物降解;降解途径;土壤微生物群落IIABSTRACTPaichongding(IPP)isakindofefficientchiralpesticideswiththeind

8、epend